DE102017122921A1 - Method for producing a Planetenradbolzens with increased hardness - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens beinhaltet Karbonitrieren einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens und Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur von zwischen ungefähr 120° und 150° C. Das Verfahren beinhaltet auch ein Abschrecken des Planetenradbolzens in einer Flüssigkeit bei einer Temperatur von zwischen ungefähr -70 und -120° C und Anlassen des Planetenradbolzens. Nach dem Anlassen besitzt die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr, wobei der Bolzenwerkstoff bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm eine Härte von mindestens HV 513 beibehält. Es ist auch möglich, zusätzliche Schritte wie Hochtemperaturanlassen und Induktionshärten durchzuführen, um für ein Verstemmen weiche Enden am Bolzen zu realisieren.A method of hardening a planetary gear bolt includes carbonitriding an outer peripheral surface of the planetary gear bolt and quenching the planetary gear bolt in oil at a temperature of between about 120 ° and 150 ° C. The method also includes quenching the planetary gear bolt in a fluid at a temperature of between about - 70 and -120 ° C and starting the Planetenradbolzens. After tempering, the outer peripheral surface of the planetary gear has a surface hardness of HV 832 or more, with the bolt material maintaining a hardness of at least HV 513 to a depth of at least 0.5 mm. It is also possible to perform additional steps such as high temperature annealing and induction hardening to realize soft ends on the bolt for caulking.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzens, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzens mit erhöhter Härte.The present disclosure relates to a method of manufacturing a planetary gear bolt, and more particularly to a method of manufacturing a planetary gear bolt of increased hardness.
Hintergrundbackground
Planetenräder und Planetenradsätze werden in verschiedenen Arten von Anwendungen einschließlich Fahrzeugsystemen eingesetzt. Ein Beispiel eines Planetenrads ist ein durch ein Radiallager drehbar auf einem Bolzen montiertes Ritzelrad. Der Bolzen ist an beiden Seiten mit einem Träger verbunden, der auch zusätzliche Ritzelräder aufweisen kann. In einigen Anwendungen sind Planetenradbolzen hohen Flächenkontaktdrücken und hohen Temperaturen unterworfen. Ein zunehmender Bedarf an kleineren Planetenradsätzen und Planetenradbauteilen oder höhere Drehmomenteinleitungen in Fahrzeuganwendungen haben zu höherer Leistungsdichte und höheren Flächenkontaktdrücken an Planetenradbolzen geführt.Planetary gears and planetary gear sets are used in various types of applications including vehicle systems. An example of a planet gear is a pinion gear rotatably mounted on a pin by a radial bearing. The bolt is connected on both sides with a carrier, which may also have additional pinion gears. In some applications, planetary pins are subject to high surface contact pressures and high temperatures. Increasing demand for smaller planetary gear sets and planetary gear components or higher torque inputs in vehicle applications has resulted in higher power density and higher surface contact pressures on planetary pin bolts.
Solche Planetenradbolzen könnten ausreichende Härte und mechanische Festigkeit benötigen, um Flächenkontaktdrücken von 5000 MPa oder mehr zu widerstehen und gleichzeitig eine ausreichend lange Dauerfestigkeit unter Wälzkontakt und Maßbeständigkeit unter erhöhten Temperaturen aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaften sind mit kostengünstigen Werkstoffen und Verfahren schwer zu erreichen.Such planetary pin could require sufficient hardness and mechanical strength to withstand surface contact pressures of 5000 MPa or more and at the same time maintain sufficient fatigue life under rolling contact and dimensional stability at elevated temperatures. These properties are difficult to achieve with low cost materials and processes.
Insbesondere können aktuell übliche Wärmebehandlungsverfahren zum Härten von Planetenradbolzen im Falle von kleineren Bolzen die notwendige Härte nicht herstellen. Alternative Optionen zum Erreichen von örtlich begrenzter Oberflächenhärte, wie zum Beispiel Kugelstrahlen, Plattieren, Beschichten usw. erzeugen keine ausreichende Oberflächenhärte und/oder Härtetiefe und eventuell auch keine Qualitätslaufbahnflächen bei Radiallagern. Weiterhin, Werkstoffe, die die notwendigen Eigenschaften inhärent besitzen, sind wirtschaftlich nicht rentabel. Folglich existiert eine Notwendigkeit für ein Verfahren zum Härten von kostengünstigen Werkstoffen (z.B. Stahllegierungen), welche für die Herstellung von Planetenradbolzen mit ausreichenden Härteeigenschaften zum Widerstehen von auf die Bolzen wirkenden erhöhten Flächenkontaktdrücken geeignet sind.In particular, currently common heat treatment processes for hardening Planetenradbolzen in the case of smaller bolts can not produce the necessary hardness. Alternative options for achieving localized surface hardness, such as shot blasting, plating, coating, etc., do not produce sufficient surface hardness and / or depth of cure and may not provide quality raceway surfaces on radial bearings. Furthermore, materials that inherently possess the necessary properties are not economically viable. Accordingly, there exists a need for a method of tempering low cost materials (e.g., steel alloys) which are suitable for the manufacture of planet gear bolts having sufficient hardness properties to withstand increased surface contact pressures acting on the bolts.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, Wege zum Überwinden dieser und anderer im Stand der Technik vorhandenen Probleme vorzuschlagen.The object of the present disclosure is to propose ways of overcoming these and other problems existing in the prior art.
ZusammenfassungSummary
Gemäß einer Ausführung betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens. Das Verfahren beinhaltet Karbonitrieren einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens und Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur zwischen ungefähr 120 und 150° C. Das Verfahren beinhaltet auch ein Tieftemperaturabschrecken des Planetenradbolzens in einer Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur zwischen ungefähr -70 und -120° C, und Anlassen des Planetenradbolzens. Nach dem Anlassen besitzt die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr, wobei der Bolzenwerkstoff bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm eine Härte von mindestens HV 513 beibehält.According to one embodiment, the present disclosure relates to a method of hardening a planetary pin. The method includes carbonitriding an outer peripheral surface of the planetary pin and quenching the planetary pin in oil at a temperature between about 120 and 150 ° C. The method also includes cryogenic quenching the planetary pin in a cryogenic liquid at a temperature between about -70 and -120 ° C, and starting the planetary gear bolt. After tempering, the outer peripheral surface of the planetary gear has a surface hardness of HV 832 or more, with the bolt material maintaining a hardness of at least HV 513 to a depth of at least 0.5 mm.
Gemäß einer anderen Ausführung betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines Planetenradsatzes. Das Verfahren beinhaltet Härten eines Planetenradbolzens durch: Karbonitrieren einer äußeren Umfangsfläche des Planetenradbolzens und Abschrecken des Planetenradbolzens in Öl bei einer Temperatur zwischen ungefähr 120 und 150° C. Das Verfahren beinhaltet auch ein Tieftemperaturabschrecken des Planetenradbolzens in einer Tieftemperaturflüssigkeit bei einer Temperatur zwischen ungefähr -70 und -120° C, und Anlassen des Planetenradbolzens. Nach dem Anlassen besitzt die äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr, wobei der Bolzenwerkstoff bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm eine Härte von mindestens HV 513 beibehält. Das Verfahren beinhaltet außerdem das Befestigen einer mit Rollen versehenen Radiallagereinheit und eines eine Getriebeverzahnung aufweisenden Radkörpers an einem Planetenradbolzen, und Befestigen von sich gegenüberliegenden Enden des Planetenradbolzens an einen Träger.According to another embodiment, the present disclosure relates to a method of manufacturing a planetary gear set. The method includes hardening a planetary gear bolt by carbonitriding an outer peripheral surface of the planetary gear pin and quenching the planetary gear pin in oil at a temperature between about 120 and 150 ° C. The method also includes cryogenic quenching of the planetary gear bolt in a cryogenic liquid at a temperature between about -70 and about -120 ° C, and starting the planetary pin. After tempering, the outer peripheral surface of the planetary gear has a surface hardness of HV 832 or more, with the bolt material maintaining a hardness of at least HV 513 to a depth of at least 0.5 mm. The method also includes attaching a roller bearing radial bearing unit and a gear toothed wheel body to a planetary pin, and attaching opposite ends of the pinion pin to a carrier.
In einigen Ausführungen beinhaltet das Härten ein Hochtemperaturanlassen des Planetenradbolzens und ein Induktionshärten der Oberfläche des Planetenradbolzens nach dem Abschrecken in Öl und vor dem Abschrecken in der Tieftemperaturflüssigkeit. In einem Verfahren, das diese zusätzlichen Schritte beinhaltet, haben Endflächen des Planetenradbolzens eine Härte von zwischen HV 170 und HV 350.In some embodiments, the hardening includes high temperature tempering of the planetary pin and induction hardening of the surface of the pinion pin after quenching in oil and quenching in the cryogenic liquid. In a method involving these additional steps, end faces of the planetary pin have a hardness of between HV 170 and HV 350.
In noch anderen Ausführungen beinhaltet das Härten zusätzlich zu dem Anlassen nach dem Abschrecken in der Tieftemperaturflüssigkeit, ein Anlassen des Planetenradbolzens nach dem Abschrecken in Öl und vor dem Hochtemperaturanlassen.In still other embodiments, in addition to tempering after quenching in the cryogenic liquid, tempering includes tempering the planetary pin after quenching in oil and before high temperature annealing.
Figurenliste list of figures
Die vorangehende Zusammenfassung und die nachfolgende ausführliche Beschreibung werden besser zu verstehen sein, wenn mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen, in denen eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dargestellt ist. Die Figuren zeigen:
-
1 eine Querschnittsansicht eines Abschnittes eines Planetenradsatzes, -
2 eine Darstellung eines Bolzens, der in Zusammenhang mit dem Planetenradsatz gemäß1 verwendet werden kann, -
3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Härtungsverfahrens für die Behandlung eines Bolzens, -
3A eine Darstellung eines Bolzens nach einem Karbonitrierungs-Schritts, und -
4 ein Ablaufdiagramm eines anderen beispielhaften Härtungsverfahrens für die Behandlung eines Bolzens, einschließlich der Schritte für die Herstellung von weicheren Enden für das Verstemmen.
-
1 a cross-sectional view of a portion of a planetary gear set, -
2 an illustration of a bolt, in connection with the planetary gear according to1 can be used, -
3 FIG. 3 is a flowchart of an exemplary curing process for the treatment of a bolt. FIG. -
3A a representation of a bolt after a carbonitriding step, and -
4 FIG. 5 is a flow chart of another exemplary curing process for the treatment of a bolt, including the steps for making softer ends for caulking. FIG.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungenDetailed description of the preferred embodiments
In
In einer beispielhaften Ausführung weist das Planetenrad
Die Rollen
Während des Betriebs kommt das Planetenrad
In
Es muss mindestens der mittlere Abschnitt
Die Art und Weise der Befestigung Bolzens
Die Erfindung offenbart ein Härtungsverfahren, um die oben beschriebenen mechanischen Eigenschaften in dem Bolzen
In
In
Nach der Karbonitrierung wird der Bolzen
Zum Beispiel, wenn der Bolzen
Das Abschrecken in Öl verwandelt Austenit in Martensit, wodurch die erhöhte Härte im gehärteten Abschnitt
Um den Bolzen
Danach wird der tieftemperaturabgeschreckte Bolzen
Nach dem Anlassschritt ist es mindestens die äußere Umfangsfläche des Bolzens
In
Nach dem Abschrecken in Öl (oder dem optionalen Anlassen) wird der Bolzen
Als Nächstes wird der Bolzen
Nach der Durchführung des mit dem Schritt des Induktionshärtens assoziierten Abschreckens enthält der gehärtete Abschnitt
Um die äußere Fläche
Nach dem Anlassschritt weist die äußere Umfangsfläche des Bolzens
Die beispielhaft offenbarten Verfahren 300 und 400 bilden alternative Verfahren zum Härten eines Planetenradbolzens derart, dass eine äußere Umfangsfläche des Planetenradbolzens einen gehärteten Abschnitt aufweist, der eine Oberflächenhärte von HV 832 oder mehr besitzt, wobei der Bolzenwerkstoff eine Härte von mindestens HV 513 bis zu einer Tiefe von mindestens 0,5 mm beibehält. Die Verfahren beinhalten mehrere gemeinsame Schritte einschließlich eines Tieftemperaturabschreckens, welches schließlich zu hohen Härtemerkmalen führt. Die hohe, durch das Tieftemperaturabschrecken kreierte Härte, führt zu einer bislang in aus einem kostengünstigen Werkstoff, zum Beispiel einer Stahllegierung, hergestellten Planetenradbolzen, nicht zu findenden mechanischen Festigkeit. Durch diese Festigkeit sind die Bolzen in der Lage höheren Flächenkontaktdrücken Widerstand zu leisten als herkömmliche Bolzen (z.B. Kontaktdrücke von mehr als 5000 MPa). Auf diese Weise kann ein Satz von Planetenradbolzen mit kleineren Planetenradbolzen zum Einbau in kleineren Betriebseinbauräumen hergestellt werden. Weiterhin können die Bolzen in anderen Situationen verwendet werden, in denen eine Verformung der Bolzen auf Grund eines hohen Kontaktdrucks ein Problem darstellt.The exemplified
Ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung eines Planetenradbolzensatzes ist ebenfalls offenbart. Das Verfahren kann ein Härten des Planetenradbolzens nach einem der oben beschriebenen Verfahren 300 oder 400 beinhalten. Eine Lagereinheit mit Rollen und einem Radkörper mit Getriebeverzahnung werden anschließend an den Planetenradbolzen befestigt. Zusätzlich werden sich gegenüberliegenden Enden des Planetenradbolzens an einen Träger befestigt. In einigen Ausführungen (d.h. wenn der Planetenradbolzen durch das Verfahren 400 gehärtet wird) beinhaltet das Befestigen des Planetenradbolzens an den Träger ein Verstemmen, bei dem die Enden des Planetenradbolzens verformt werden. Weiter, beinhaltet das Verfahren in einigen Ausführungen ein Härten von einer Mehrzahl von Planetenradbolzen und ein Befestigen jedes der Planetenradbolzen an einer anderen Stelle an den Träger.An associated method for producing a Planetenradbolzensatzes is also disclosed. The method may include hardening the planetary gear bolt according to any one of
Nach der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung der aktuell bevorzugten Ausführungen muss es verstanden werden und für den Fachmann klar und naheliegend sein, dass zahlreiche physische Änderungen, von denen nur einige in der vorhergehenden ausführlichen Beschreibung beispielhaft angeführt sind, vorgenommen werden könnten, ohne die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien zu verändern. Es muss auch verstanden werden, dass zahlreiche Ausführungen, welche nur Teile der bevorzugten Ausführung beinhalten, möglich sind, und, mit Bezug auf diese Teile die hierin verkörperten erfinderischen Ideen und Prinzipien der Erfindung nicht verändern. Aus diesem Grund sind die vorliegende Ausführung und optionale Ausbildungen der Erfindung in jeder Hinsicht als beispielhaft und/oder als erklärend und nicht als einschränkend zu verstehen, weil der Schutzbereich der Erfindung durch die angeführten Ansprüche angegeben wird und nicht durch die vorhergehende Beschreibung, so dass alle alternativen Ausführungen und an der vorliegenden Ausführung vorgenommenen Änderungen, welche im Sinne der Ansprüche zu verstehen sind und im Gleichwertigkeitsbereich der Ansprüche liegen, somit durch die Ansprüche abgedeckt sind.After the foregoing detailed description of the currently preferred embodiments, it must be understood and obvious to those skilled in the art that numerous physical changes, of which only some are exemplified in the foregoing detailed description, could be made without the inventive concepts embodied herein and change principles. It should also be understood that numerous embodiments incorporating only portions of the preferred embodiment are possible, and with respect to these parts, are not alteratory of the inventive concepts and principles of the invention embodied herein. For this reason, the present embodiment and optional embodiments of the invention are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, as the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than the foregoing description, so that all alternative embodiments and changes made to the present embodiment, which are to be understood in the sense of the claims and are within the range of equivalence of the claims, thus covered by the claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- PlanetenradbolzensatzPlanetenradbolzensatz
- 1212
- Trägercarrier
- 1414
- Planetenradplanet
- 1616
- RadkörperWheel center
- 1818
- Getriebeverzahnunggear teeth
- 2020
- Lagereinheitstorage unit
- 2222
- Bolzenbolt
- 2424
- RadialrollenlagerRadial roller bearings
- 2626
- Lagerkäfigbearing cage
- 2828
- Äußere FlächeOuter surface
- 3030
- Mittlerer AbschnittMiddle section
- 3232
- Endabschnitteend
- 3434
- Endflächenend surfaces
- 3636
- EinsatztiefeOperating depth
- 3838
- Abschnittsection
- 4040
- Gehärteter AbschnittHardened section
- 4242
- Angereicherter AbschnittEnriched section
Claims (10)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
R003 | Refusal decision now final |